一种阻燃聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池技术

本发明专利技术提供了一种阻燃聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池，该电解质膜包括以下重量份的组分：阻燃型化合物80‑95份和锂盐5‑20份；阻燃型化合物由硅烷偶联剂与磷杂菲类化合物反应制得，其中，硅烷偶联剂的化学式为Y(CH

A flame retardant polymer solid electrolyte membrane and its preparation method and all solid state battery

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池
本专利技术属于锂离子电池固态电解质
，具体涉及一种阻燃聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池。
技术介绍
锂离子电池作为新一代储能元件具有质轻、比能量高、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等优点，广泛用于移动通讯、电动车辆、国防科技等领域。但目前锂离子电池常用的电解质为液体，电解液中含有大量有机溶剂，使得其易泄露、易燃烧、易挥发、有毒，安全可靠性较差，易燃易爆，危及人身安全，同时尺寸受限，机械性能差。这严重限制了锂电池的发展。采用固态物质做锂电池电解质可有效解决上述问题，因此开发具有高离子导电率、良好阻燃性和机械性能的固态电解质成为目前锂电池研究的热点之一。固态电解质有无机固态电解质和聚合物固态电解质，无机固态电解质主要包括钙钛矿型ABO3、LISICON型、NASICON型以及层状Li3N型晶体电解质和氧化物、硫化物玻璃态类的非晶体电解质；聚合物固体电解质主要以聚氧乙烯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚硅氧烷等聚合物为基体。现有的无机固态电解质主要缺点是材料较脆硬，界面接触不良，界面阻抗大。而聚合物电解质具有良好的成膜性能和柔韧性，与电极接触良好，同时聚合物电解质稳定性高，尺寸可控显示出了良好的应用前景，但是现有的聚合物电解质存在电导率较低，易燃的缺点。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种阻燃聚合物固态电解质膜及其制备方法和全固态电池，该聚合物固态电解质膜可有效解决现有的聚合物电介质存的电导率低，易燃的问题。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种阻燃聚合物固态电解质膜，包括以下重量份的组分：阻燃型化合物80-95份和锂盐5-20份；阻燃型化合物由硅烷偶联剂与磷杂菲类化合物通过交联反应制得，其中，硅烷偶联剂的化学式为Y(CH2)nSiX3，其中，Y为含氮、氧或硫的有机基团，X为含氧基团，n为0-3。进一步地，Y为羟基、环氧基、烯基、氨基、酰胺基或巯基。进一步地，X为烷氧基、酰氧基、羟基、羧基或酯基。进一步地，磷杂菲类化合物中含有羟基、氨基、羧基或磷氢键。进一步地，锂盐为LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiBOB、LiC4BO8、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2中的一种或两种。上述的阻燃聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取硅烷偶联剂，将其升温至150-170℃，然后在惰性气体保护下，向其中加入磷杂菲类化合物同时升温至175-185℃，搅拌反应7-9h，然后在-1MPa条件下减压浓缩，得阻燃型化合物，其中磷杂菲类化合物与硅烷偶联剂的物质的量之比为1:1-1.5；(2)将步骤(1)中制得的阻燃型化合物加入有机溶剂中，搅拌混匀，其中，阻燃型化合物的质量占有机溶剂质量的8-12％，然后向其中加入锂盐，继续搅拌成均一溶液，将溶液涂覆至模具上，于40-100℃条件下干燥8-14h，制得。进一步地，步骤(1)中所述磷杂菲类化合物与硅烷偶联剂的的物质的量之比为1:1.3，步骤(2)中阻燃型化合物的质量占有机溶剂质量的10％。进一步地，步骤(1)中所述有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。一种全固态锂电池，包括上述的阻燃聚合物固态电解质膜。本专利技术所产生的有益效果为：本专利技术将磷杂菲类化合物的羟基、氨基、羧基或磷氢键与硅烷偶联剂Y(CH2)nSiX3中Y官能团反应，同时硅烷偶联剂Y(CH2)nSiX3中X官能团发生自交联反应，进而提高化合物分子量，同时以化学键和方式提高化合物热稳定性，制备得到阻燃型化合物，将阻燃型化合物与锂盐复合，锂离子与阻燃型化合物中强给电子基团络合，同时在链段作用下锂离子与强给电子基团不断络合与解络合，从而实现锂离子传导，使制得的固态电解质具有较高的电导率。该阻燃型化合物在燃烧过程中发挥磷/硅协同阻燃效果：有机硅燃烧生成白色残渣与炭化物构成复合无机层，阻止燃烧生成的挥发物外逸，磷元素会使得形成的碳层更加致密，进一步隔热隔氧，阻止燃烧，提高其阻燃性能。该阻燃型化合物还具有很好的成膜性能，由该固态电解质膜制成的全固态锂电池，具有较高的电导率，难燃，安全性高。附图说明图1为实施例1中制备的固态电解质的电导率测试数据图；图2为实施例1中制备的阻燃型化合物的红外表征图；图3为实施例1中制备的阻燃性化合物的热重测试数据图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。实施例1一种阻燃聚合物固态电解质膜，其制备方法包括如下步骤：(1)取21.537gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，将其加入三口烧瓶中，将其升温至150℃，然后在氩气的保护下，向其中加入5.1g9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，同时升温至175℃，磁力搅拌反应7h，在-1Mpa条件下减压浓缩，得阻燃型化合物；(2)取0.9g步骤(1)中制得的阻燃型化合物，将其加入无水乙腈中，磁力搅拌混匀，其中，阻燃型化合物占无水乙腈质量的8％，然后向其中加入0.1g高氯酸锂，继续磁力搅拌成均一溶液，然后将溶液涂覆至聚四氟乙烯模具上，于60℃条件下干燥12h，制得厚度为0.2mm的固态电解质膜。实施例2一种阻燃聚合物固态电解质膜，其制备方法包括如下步骤：(1)取21.537gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，将其加入三口烧瓶中，将其升温至170℃，然后在氩气的保护下，向其中加入5.1g9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，同时升温至185℃，磁力搅拌反应9h，在-1Mpa条件下减压浓缩，得阻燃型化合物；(2)取0.8g步骤(1)中制得的阻燃型化合物，将其加入四氢呋喃中，磁力搅拌混匀，其中，阻燃型化合物占四氢呋喃质量的10％，然后向其中加入0.2g双三氟磺酰亚胺锂，继续磁力搅拌成均一溶液，然后将溶液涂覆至聚四氟乙烯模具上，于100℃条件下干燥8h，制得厚度为0.1mm的固态电解质膜。实施例3一种阻燃聚合物固态电解质膜，其制备方法包括如下步骤：(1)取22.631gγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，将其加入三口烧瓶中，将其升温至160℃，然后在氩气的保护下，向其中加入5.1g9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，同时升温至180℃，磁力搅拌反应8h，然后在-1Mpa条件下减压浓缩，得阻燃型化合物；(2)取0.9g步骤(1)中制得的阻燃型化合物，将其加入无水乙腈中，磁力搅拌混匀，其中，阻燃型化合物占无水乙腈质量的10％，然后向其中加入0.1g双三氟磺酰亚胺锂，继续磁力搅拌成均一溶液，然后将溶液涂覆至聚四氟乙烯模具上，于60℃条件下干燥14h，制得厚度为0.3mm的固态电解质膜。实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：阻燃型化合物80-95份和锂盐5-20份；所述阻燃型化合物由硅烷偶联剂与磷杂菲类化合物通过交联反应制得，其中，硅烷偶联剂的化学式为Y(CH

【技术特征摘要】
1.一种阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：阻燃型化合物80-95份和锂盐5-20份；所述阻燃型化合物由硅烷偶联剂与磷杂菲类化合物通过交联反应制得，其中，硅烷偶联剂的化学式为Y(CH2)nSiX3，Y为含氮、氧或硫的有机基团，X为含氧基团，n为0-3。


2.如权利要求1所述的阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述Y为羟基、环氧基、烯基、氨基、酰胺基或巯基。


3.如权利要求1所述的阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述X为烷氧基、酰氧基、羟基、羧基或酯基。


4.如权利要求1所述的阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述磷杂菲类化合物中含有羟基、氨基、羧基或磷氢键。


5.如权利要求1所述的阻燃聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述锂盐为LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiBOB、LiC4BO8、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2中的一种或两种。


6.权利要求1-5任一项所述的阻燃聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楚虹，刘新刚，贾路，
申请(专利权)人：四川大学，成以成都创业孵化器有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51